EPON技术在配网自动化系统中的应用

张莉娜

摘 要：配电网业务的多样性决定了配电网通信技术的多样性，本文重点在于讨论EPON技术的应用，但并不意味着EPON技术可以完全替代当前的其他技术。EPON在电力行业的应用正处于探索阶段，在此过程中，需要各方群策群力，为使用好EPON而提出更多更好的意见。

关键词：EPON；配网自动化系统 ；可行性

0前言

配网自动化系统（DAS，Distribution AutomationSystem）是基于计算机技术的一种将电网与设备等进行连接的信息自动化系统，它可以对电网运行进行实时的监控，实现配电网络的自动化与系统化、信息化。目前，智能电网已经进入国家战略发展目标，而配网自动化系统的建设对于智能电网有着非常重要的作用，作为配网自动化系统的重要部分即配网通信技术，在我国出现了众多的技术实现方式。由于配电网通信有着多方面的需求以及区域特性的不一致，使得一种技术并不能满足所有的需求。EPON技术的出现，将会在配网通信中发挥越来越重要的作用。

1 EPON 在配网自动化系统中的可行性

（一）EPON 结构

EPON是一种采用点到多点结构的单纤双向光接入网，其典型拓扑结构包括树型、星型、总线型和环型，它由网络侧的光线路终端（OLT，Optical LineTerminal）、无源光分路器（POS，Passive OpticalSplitter）和用户侧的光网络单元（ONU，OpticalNetwork Unit）组成，具体结构如图1所示：

图 1 EPON 的典型结构

（二）可行性分析

（1）EPON具有一的经济性，它自身由于耗费成本比较少，因此得到了广大用户的青睐。同时EPON还便于进行维护。原因是EPON采用的是无源器件来设置光分路器，因此这样就减少了铺设的难度，从而方便进行维护，也可以节省很多运行和维护中的成本。此外，EPON初期的投入由于模块化程度高，也是比较低的，因此EPON具有经济实用性的一个主要特点。

（2）EPON具有安全和可靠性。EPON系统中的各ONU具有并联的关系，因此它与ONU之间进行联系的电网配电设备也是并联的关系。也就是说如果其中一个设备出现了故障和损坏，对整个系统的影响不大。这使EPON具有一定的安全性和可靠性。

（3）EPON带宽容量大。目前EPON可以提供上下行对称的1.25Gbit/s的带宽，并且如果技术允许的话，比如说使用太极网技术就可以升级到10Gbit/s，这种带宽完全可以满足配电网络系统正常运行的需要。此外EPON的带宽在功能分配上也比较灵活，从而可以有效地保证服务质量。

（4）EPON服务范围广，并且具备比较完善的网络管理功能。EPON是一种从一点到多点的网络运行结构，它的作用原来是利用局端单个光模块及光纤资源来覆盖数量庞大且较为分散的终端用户。此外EPON具有比较完善的网络管理功能，在配置管理、性能管理、故障管理、安全管理、告警管理上其都可以发挥有效的作用。

2基于 EPON 的配网通信组网方案

（一）组网方案

通信网络可以为配电网终端和主站系统之间提供一个通道，将OLT放到配电自动化系统中就可以利用OLT的联系功能，把配电主站或者其他子系统联系起来，从而形成一个具有通信功能的主干网络。而由FTU，TTU、RTU组成的网络则构成了分支通信网。配网通信系统由配电主站系统、配电子站或变电站自动化系统、现场终端及通信网络构成，具体参考图2：

图 2 配网自动化通信系统

主干通信网采用环网保护协议并采用RRPP进行毫秒级的业务运行和倒换，这样不但提高了主干网络的安全性，而且降低了由于单个点出现故障而降低主干网运行效率的可能。因此RRPP作为一个具有多节点的环网，这样通过一个节点作为主干节点，就可以通过在进行配电选择中将OLT作为主节点，选择各配电子站的OLT作为传输节点。树状拓扑结构是配电网络系统采用的主要结构，这种结构能够实现自动化到检测终端的有效连接，同时由于是并联结构，一旦有终端设备产生故障和损坏，也不会影响到系统整体达的运行质量。因此由于网络整体发生的故障率比较低，又便于维护，树状拓扑结构在配电网络系统中得到了广泛使用。

监控终端（FTU，TTU等）利用网线就近接入变电站的ONU，提高了全网的通信效率。当电力配网自动化增加子站时，无需增加硬件设备，且在不间断现有应用的情况下就可直接进行扩展，只需将相应的分光器接入上一级分光器即可完成。

EPON配网通信系统包括：配电网主站系统、前置机、网管监控系统、配网终端监控设备以及EPON系统等五个部分。具体功能分工是，主站系统主要是完成人与机的交流和沟通的工作，实现人与机之间的无缝隙连接，从而提高整个系统的运行效率。前置机则主要负责网络数据电路的建设和数据的传输，通过数据传输，可以对网络系统的安全性提供更多的参考指标。网络监控主要是对整个配电系统的运行进行监督和控制，并及时作出反馈。而EPON配网的监控设备则主要负责数字量与模拟量的采集工作。在EPON系统运行中，OLT发挥着重要作用，作为一个多功能的业务平台，它不但支持光纤接口、以太网业务、RS-232/485接口、E1接口，以及WDM传输等。而且还可以针对用户对QOS的不同要求来进行带宽分配。而POS是一个不需要电源设备的分路器，比较便于维护。ONU可以将终端采集到的数据向上发送给控制中心，也可向下发给监控设备。

（二）DBA 算法分析

DBA算法根据ONU实时上报的带宽请求统筹安排，动态分配各个ONU的带宽，充分利用带宽资源，承载突发性很强的数据业务，提高公共信道的利用率，减少传输中的时延，提高网络的吞吐量，并保证业务QOS性能。

（1）ONU内部的调度分配。每个ONU中的业务被划分为3个优先级（H，M，L）。H优先级对时延和抖动都有严格的要求；M优先级业务对于时延和抖动没有严格的要求，但是对带款具有一定的要求，必须保证能够送到接收端。要求带宽有保证，保证数据最终被发送到接收端，该级业务对丢包比较敏感；L优先级的业务对时延、抖动和带宽都没有严格的要求，只要尽网络的最大能力去传送数据。DBA算法根据这些优先级来分配带宽，ONU向OLT报告分别属于3种优先级的队列的长度，OLT根据这些信息给每个ONU中的每个优先级的队列分配带宽。ONU内部调度分配结构如图3所示：

图3 ONU 内部调度分配结构

（2）ONU之间的调度分配。ONU之间的调度分配是将每个ONU看作一个总的队列而不考虑其内部的队列信息，把各ONU分为重负载和轻负载2类，把轻负载未充分利用的带宽在重负载的ONU中进行再分配。ONU通过Report帧向OLT提出申请，报告队列长度和服务类别。OLT收到所有在线ONU的申请后，按照事先设计好的分配算法集中计算，将整个上行周期划分为若干时隙，用Gate帧授权各个ONU。ONU收到授权后就按照OLT授权的起始时间和队列长度将数据发送出去，从而完成一次上行发送。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。